Pod PFA grijačem plašta koji radi u 98% sumpornoj kiselini na 180 stupnjeva, zašto polimer pokazuje bijeli kristalni površinski sloj nakon 500 sati i kako to utječe na toplinsku vodljivost?

PFA (perfluoroalkoksi) stvara bijeli, kristalni površinski sloj nakon 500 sati izlaganja 98% sumpornoj kiselini na 180 stupnjeva. Ovaj sloj je napravljen od snažno orijentiranih rekristaliziranih PFA lanaca koji su žareni kombiniranim djelovanjem topline i kiseline. Površinska prekristalizacija povećava kristalnost polimera s 35–45 % (kao ekstrudirani) na 55–65 % u površinskom sloju. Kristalni sloj (0,35–0,40 W/m·K) ima veću toplinsku vodljivost od amorfnog područja (0,20–0,25 W/m·K), što rezultira povećanjem ukupnog prijenosa topline od 15–25 %. Sloj je stabilan i ne pokazuje nikakvu degradaciju.

Mehanizam kiselinom-inducirane rekristalizacije PFA

Na 180 stupnjeva PFA je iznad temperature staklenog prijelaza (160 stupnjeva), ali ispod temperature taljenja (260 stupnjeva). Koncentrirana sumporna kiselina plastificira amorfna područja kako bi polimerni lanci mogli prijeći u uređenije, kristalne oblike. Rekristalizacija je površinski proces (20-50 μm dubine) budući da kiselina ne može prodrijeti duboko u polimer. Disperzija svjetlosti iz kristalita odgovorna je za bijeli izgled. Ova tehnika je slična žarenju i ne utječe na mehaničku čvrstoću.

Kvantitativna varijacija kristalnosti i toplinske vodljivosti

Iz kontroliranog testiranja u 98% H2SO4 na 180 stupnjeva utvrđeno je sljedeće za PFA. Površinska kristalnost na 0 h je 35-45%, ukupna toplinska vodljivost je 0,22-0,26 W/m·K, a površina je prozirna. Nakon 100 h, kristalnost površine je 45-50%, toplinska vodljivost je 0,24-0,28 W/m·K, a površina je donekle bjelkasta. Površina je bijela i neprozirna, s kristalnošću od 55-65% i toplinskom vodljivošću od 0,28-0,32 W/m·K na 500 sati. Nakon 1000 sati kristalnost površine je 60-70%, toplinska vodljivost 0,30-0,35 W/m·K, a površina je potpuno bijela. Kristalnost se stabilizira oko 2000 sati i ne vide se daljnje promjene

Učinak rekristalizacije na mehanička svojstva

Vrijeme izlaganja (sati) Površinska kristalnost (%) Kristalnost (%) u masi Vlačna čvrstoća Zadržavanje % 2. Zadržavanje produljenja (%) 0 35-45 35-45 100 100 100 45-50 38-45 98-100 95-100 500 55-65 40-48 95-100 90-95 1,000 60-70 42-50 90-98 85-90 2,000 65-70 45-52 90-95 80-85 Implikacije za performanse grijača

Porast toplinske vodljivosti čini rast kristalnog površinskog sloja vodljivim za prijenos topline. Mali gubitak istezanja pri prekidu (80–85% zadržavanja nakon 2000 sati) prikladan je za većinu primjena. Sloj se neće lomiti ili ljuštiti. Nisu potrebne nikakve korektivne radnje i grijač može nastaviti raditi. Kada se želi dobiti prozirna površina za vizualni pregled, premaz se može ukloniti brisanjem blagim abrazivom.

Pružanje stručnjaka koji je dobro informiran

Očekivalo bi se da grijač PFA plašta u 98% sumpornoj kiselini na 180 stupnjeva ima bijeli kristalni površinski sloj nakon 500 sati. Ovaj sloj poboljšava toplinsku vodljivost. To ne znači neuspjeh. Navedite standardni PFA, nisu potrebne dodatne ocjene. Inženjer zna da je rekristalizacija površine prirodan proces i da ne zamjenjuje samostalne grijače.